ES2964171T3 - Cooler body - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un cuerpo refrigerador (1), en particular diseñado para enfriar un elemento electrónico (100), que comprende una pieza de contacto (2), que comprende una superficie de contacto para el contacto con la pieza a enfriar (100), una base pieza (3) separada de la pieza de contacto (2) por una pieza intermedia (4) en el medio. La pieza intermedia (4) comprende orificios separados que forman tubos de refrigerante dispuestos paralelamente (5d, 5u, 5d1, 5u1, 5d2, 5u2-5dN), por lo que cada tubo (5d, 5u) se extiende desde la pieza de contacto (2) hasta la pieza de base. (3) y al menos dos canales de refrigerante (C, C1-Cn) están formados por una secuencia de tubos paralelos (5d, 5u) conectados por una superficie envolvente (2s) de la pieza de contacto (2) y una superficie envolvente (3s) de la pieza base (3) de tal manera que los canales de refrigerante (C, C1-Cn) discurran varias veces desde la pieza de contacto (2) hasta la pieza base (3) y viceversa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The invention relates to a cooling body (1), in particular designed for cooling an electronic element (100), comprising a contact piece (2), comprising a contact surface for contact with the part to be cooled (100), a base piece (3) separated from the contact piece (2) by an intermediate piece (4) in the middle. The intermediate piece (4) comprises separate holes forming parallel arranged coolant tubes (5d, 5u, 5d1, 5u1, 5d2, 5u2-5dN), whereby each tube (5d, 5u) extends from the contact piece (2) to the base piece. (3) and at least two coolant channels (C, C1-Cn) are formed by a sequence of parallel tubes (5d, 5u) connected by an envelope surface (2s) of the contact piece (2) and an envelope surface (3s) of the base piece (3) such that the coolant channels (C, C1-Cn) run several times from the contact piece (2) to the base piece (3) and vice versa. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Cuerpo refrigerador Cooler body
Campo de la invenciónfield of invention
La presente invención se refiere a un cuerpo refrigerador que, en particular, está adaptado para refrigerar unidades estructurales o conjuntos electrónicos. The present invention relates to a cooling body which, in particular, is adapted to cool structural units or electronic assemblies.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
Como se sabe, la disipación de potencia y, por lo tanto, la evolución de calor de los módulos electrónicos aumentan con el desarrollo de los elementos estructurales electrónicos en función de la potencia. Es cierto que estos componentes son cada vez más pequeños, pero su eficiencia y, por lo tanto, el calor a eliminar aumentan. Además, debido a su compacidad, estos elementos electrónicos están colocados en un espacio más pequeño, de modo que nuevamente se produce un mayor desarrollo de calor local. Las disipaciones de potencia alcanzadas solo serían posibles con cuerpos de refrigeración complicados y voluminosos en caso de refrigeración por ventilador y, por lo tanto, son inaceptables. En caso de grandes pérdidas, por lo tanto, la refrigeración por aire alcanza claramente sus límites. As is known, power dissipation and therefore heat evolution of electronic modules increase with the development of electronic structural elements as a function of power. It is true that these components are becoming smaller, but their efficiency and, therefore, the heat to be removed increase. Furthermore, due to their compactness, these electronic elements are placed in a smaller space, so that again a greater local heat development occurs. The achieved power dissipations would only be possible with complicated and bulky cooling bodies in case of fan cooling and are therefore unacceptable. In case of large losses, therefore, air cooling clearly reaches its limits.
Los nuevos procesadores de alto rendimiento ofrecen entre 70 y 100 W en un área de unos 10 cm2 y así conseguir una densidad de flujo de calor mucho mayor. Los fabricantes de procesadores predicen que en los próximos años se espera un mayor aumento del calor residual. En vista de este desarrollo, los expertos en la técnica están considerando la refrigeración líquida para tales aplicaciones. La refrigeración líquida disipa más eficazmente el calor de los conjuntos electrónicos, con el resultado de que es posible una mayor densidad de potencia. Los refrigeradores líquidos también permiten armarios de distribución más compactos con numerosos componentes electrónicos y funcionan de forma muy silenciosa. The new high-performance processors offer between 70 and 100 W in an area of about 10 cm2 and thus achieve a much higher heat flow density. Processor manufacturers predict that a further increase in waste heat is expected in the coming years. In view of this development, those skilled in the art are considering liquid cooling for such applications. Liquid cooling more effectively dissipates heat from electronic assemblies, with the result that higher power density is possible. Liquid coolers also allow for more compact switch cabinets with numerous electronic components and operate very quietly.
Un aparato de refrigeración genérico de ejemplo se divulga en el documento EP 2291 859 A1, en el que se proporciona un inserto dentro de un canal de refrigeración, teniendo el inserto una pluralidad de pasadores que forman canales hacia una pared más fría y siendo suministrados con refrigerante a través de aberturas en una superficie inclinada de la entrada que es golpeada por un flujo de refrigerante desde el canal de refrigerante. An exemplary generic cooling apparatus is disclosed in EP 2291 859 A1, in which an insert is provided within a cooling channel, the insert having a plurality of pins forming channels towards a cooler wall and being supplied with coolant through openings in an inclined surface of the inlet that is struck by a flow of coolant from the coolant channel.
Específicamente en el campo de la electrónica de potencia en aplicaciones de automoción, más específico para dispositivos inversores, convertidores y cargadores para vehículos eléctricos, es necesario una refrigeración intensa de los componentes electrónicos, especialmente de los componentes de conmutación tales como IGBT o MOSFET (ya que estos son los componentes con la mayor cantidad de pérdida de energía en dichos dispositivos y, por lo tanto, son las principales fuentes de calor dentro de estos). El documento US 2017/0092565 A1 divulga una micromatriz de transferencia de calor para refrigerar dispositivos semiconductores, la matriz puede comprender microchorros, microcanales, aletas o microchorros y aletas integrados. Specifically in the field of power electronics in automotive applications, more specifically for inverter devices, converters and chargers for electric vehicles, intense cooling of the electronic components is necessary, especially switching components such as IGBT or MOSFET (already that these are the components with the greatest amount of energy loss in said devices and, therefore, are the main sources of heat within them). US 2017/0092565 A1 discloses a heat transfer microarray for cooling semiconductor devices, the array may comprise microjets, microchannels, fins or integrated microjets and fins.
Es difícil lograr una refrigeración eficaz a un precio asequible porque, debido a restricciones físicas, se deben utilizar líquidos como el agua como disipador de calor en combinación con canales de flujo que proporcionan grandes superficies de intercambio y producen altos coeficientes de transferencia de calor. Se deben utilizar otros materiales de construcción que proporcionen una alta conductividad térmica. It is difficult to achieve effective cooling at an affordable price because, due to physical constraints, liquids such as water must be used as a heat sink in combination with flow channels that provide large exchange surfaces and produce high heat transfer coefficients. Other building materials that provide high thermal conductivity should be used.
Otro requisito exigente es que debe haber un contacto directo entre el componente electrónico y el sistema de refrigeración (evitando espacios de aire para garantizar una conductividad térmica suficiente), al mismo tiempo que se garantiza un aislamiento eléctrico suficiente y se evitan tensiones mecánicas que actúen sobre el componente electrónico (por ejemplo, debido a vibración o expansión térmica). Another demanding requirement is that there must be direct contact between the electronic component and the cooling system (avoiding air spaces to guarantee sufficient thermal conductivity), while ensuring sufficient electrical insulation and avoiding mechanical stresses acting on the electronic component (for example, due to vibration or thermal expansion).
Otros requisitos, especialmente para las soluciones automotrices, son que el líquido refrigerante debe transferir el calor recibido al aire ambiente (a través del radiador del vehículo), que (en el peor de los casos para los que se debe diseñar el sistema) puede alcanzar altas temperaturas (por ejemplo, condiciones de verano de Dubai). Esto conduce a niveles de temperatura más altos del líquido refrigerante en comparación con aplicaciones no automotrices y, por lo tanto, a mayores caudales de líquido necesarios. Por lo tanto, tales sistemas de refrigeración tienen una mayor necesidad de un diseño de baja caída de presión para evitar altas caídas de presión debidas a velocidades de flujo más altas. Other requirements, especially for automotive solutions, are that the coolant must transfer the received heat to the ambient air (via the vehicle radiator), which (in the worst case for which the system must be designed) can reach high temperatures (e.g. Dubai summer conditions). This leads to higher coolant temperature levels compared to non-automotive applications and therefore higher fluid flow rates required. Therefore, such cooling systems have a greater need for a low pressure drop design to avoid high pressure drops due to higher flow rates.
Debido al aumento de las demandas de seguridad y mantenimiento (en comparación con las instalaciones estacionarias), una solución de refrigeración para automóviles tiene una mayor necesidad de ser insensible a los residuos. Adicionalmente, es necesario diseñar una solución de sistema de refrigeración para automóviles adecuada para la producción en serie. Due to increased safety and maintenance demands (compared to stationary installations), an automotive cooling solution has a greater need to be insensitive to debris. Additionally, it is necessary to design an automotive cooling system solution suitable for mass production.
Objeto de la invenciónObject of the invention
La invención proporciona un cuerpo refrigerador mejorado, que, siendo lo más compacto posible, permite una estructura de refrigeración más efectiva y un diseño más simple. The invention provides an improved cooling body, which, being as compact as possible, allows for a more effective cooling structure and a simpler design.
Otro objeto de la invención es proporcionar un cuerpo refrigerador, que satisfaga las demandas de refrigeración de componentes electrónicos en el sector de la automoción como se describe anteriormente. Another object of the invention is to provide a cooling body, which meets the cooling demands of electronic components in the automotive sector as described above.
Sumario de la invenciónSummary of the invention
La invención se refiere a un cuerpo refrigerador, preferiblemente diseñado para refrigerar un elemento electrónico, que comprende una pieza de contacto que comprende una superficie de contacto para contacto (térmico) con la pieza a enfriar y una pieza de base separada de la pieza de contacto por una pieza intermedia entre la pieza de contacto y la pieza de base. La pieza intermedia comprende orificios separados o individuales que forman múltiples filas de tubos de refrigerante dispuestos paralelamente, por lo que cada tubo se extiende sustancialmente desde la pieza de contacto hasta la pieza de base. Al menos dos canales de refrigerante, permitiendo los canales un flujo de refrigerante (preferentemente se utiliza agua como refrigerante) desde una entrada de refrigerante hasta una salida de refrigerante, están formados por una secuencia de tubos paralelos conectados por una superficie envolvente de la pieza de contacto y una superficie envolvente de la pieza de base, de tal manera que cada uno de los canales de refrigerante se extienda varias veces desde la pieza de contacto hasta la pieza de base, y viceversa. The invention relates to a cooling body, preferably designed to cool an electronic element, comprising a contact part comprising a contact surface for (thermal) contact with the part to be cooled and a base part separated from the contact part. by an intermediate piece between the contact piece and the base piece. The intermediate piece comprises separate or individual holes forming multiple rows of parallel arranged coolant tubes, whereby each tube extends substantially from the contact piece to the base piece. At least two coolant channels, the channels allowing a flow of coolant (preferably water is used as a coolant) from a coolant inlet to a coolant outlet, are formed by a sequence of parallel tubes connected by a surrounding surface of the piece of contact and an enveloping surface of the base part, such that each of the coolant channels extends several times from the contact part to the base part, and vice versa.
Preferentemente, el cuerpo refrigerador comprende cinco o más de tales canales de refrigerante, por ejemplo, un número de cinco a diez canales de refrigerante. Como otra opción preferente, la superficie envolvente de la pieza de contacto y la pieza de base comprenden cada una múltiples salientes dispuestos sucesivamente y separados entre sí en cada superficie envolvente, dos salientes sucesivos junto con parte de la respectiva superficie envolvente (y una cara de extremo de la pieza intermedia) formando una cavidad o cámara, conectando la cavidad un tubo con el tubo posterior. Por ejemplo, esencialmente una pieza envolvente (pieza de base o pieza de contacto) proporciona cámaras entre ella misma y la pieza intermedia limitando salientes por los que dos vecinos de los tubos paralelos conducen a cada cámara, permitiendo así una entrada y una salida inversa. Preferentemente, los salientes están realizados como estructuras en forma de aletas. Tales estructuras en forma de aletas pueden tener una forma recta, una forma ondulada o una forma de zigzag y están dispuestas preferiblemente transversalmente a una dirección de extensión de la pieza de base/contacto. Preferably, the cooling body comprises five or more such coolant channels, for example, a number of five to ten coolant channels. As another preferred option, the surrounding surface of the contact piece and the base piece each comprise multiple projections arranged successively and spaced apart from each other on each surrounding surface, two successive projections together with part of the respective surrounding surface (and a face of end of the intermediate piece) forming a cavity or chamber, the cavity connecting a tube with the rear tube. For example, essentially a casing piece (base piece or contact piece) provides chambers between itself and the intermediate piece limiting projections through which two neighbors of the parallel tubes lead to each chamber, thus allowing an inlet and a reverse outlet. Preferably, the projections are made as fin-shaped structures. Such fin-shaped structures may have a straight shape, a wavy shape or a zigzag shape and are preferably arranged transversely to an extension direction of the base/contact piece.
Preferentemente, las filas de tubos posteriores están desplazadas entre sí (con respecto a una dirección de flujo general de cada canal). Preferably, the subsequent rows of tubes are offset from each other (with respect to a general flow direction of each channel).
En realizaciones con cavidades como se ha descrito anteriormente, opcionalmente, cada cavidad conecta las salidas de todos los tubos de una fila con todas las entradas de los tubos de la fila posterior. In embodiments with cavities as described above, each cavity optionally connects the outlets of all tubes in one row to all the inlets of the tubes in the subsequent row.
Preferentemente, el cuerpo está hecho de cerámica, preferentemente cerámica eléctricamente aislante y térmicamente bien conductora, tal como, por ejemplo, óxido de aluminio o nitruro de aluminio. Alternativamente, el cuerpo está hecho de metal tal como aluminio o cobre. Preferably, the body is made of ceramic, preferably electrically insulating and thermally well conductive ceramic, such as, for example, aluminum oxide or aluminum nitride. Alternatively, the body is made of metal such as aluminum or copper.
En el caso de un cuerpo de cerámica, el cuerpo opcionalmente es monolítico, preferentemente fabricado mediante la sinterización de piezas de cerámica en crudo (materia prima) de las piezas de base, intermedia y de contacto juntas en una sola etapa. Así, se pueden evitar etapas de montaje adicionales e interfaces térmicas. In the case of a ceramic body, the body is optionally monolithic, preferably manufactured by sintering raw ceramic parts (raw material) of the base, intermediate and contact parts together in a single stage. Thus, additional assembly steps and thermal interfaces can be avoided.
Como una opción, la pieza de base y la pieza de contacto están configuradas como placas paralelas, por lo que preferiblemente una dirección de extensión de las placas define una dirección general de los canales. Como opción adicional, la pieza de base sirve también como pieza de contacto para contactar con la pieza a refrigerar. As an option, the base part and the contact part are configured as parallel plates, whereby preferably an extension direction of the plates defines a general direction of the channels. As an additional option, the base part also serves as a contact part to contact the part to be cooled.
Como opción adicional, la superficie envolvente de la pieza de contacto y la superficie envolvente de la pieza de base están enfrentadas y/o los tubos están dispuestos al menos aproximadamente perpendiculares a las superficies envolventes. As a further option, the casing surface of the contact piece and the casing surface of the base piece are facing each other and/or the tubes are arranged at least approximately perpendicular to the casing surfaces.
En algunas realizaciones, la pieza de base y la pieza de contacto comprenden nervaduras estabilizadoras y/o la superficie de contacto está diseñada para una fijación directa a la pieza a refrigerar. In some embodiments, the base part and the contact part comprise stabilizing ribs and/or the contact surface is designed for direct attachment to the part to be cooled.
La invención también se refiere a un refrigerador, en particular, un refrigerador de elementos electrónicos, específicamente un refrigerador electrónico de potencia automotriz, que comprende un cuerpo refrigerador de acuerdo con la invención. The invention also relates to a refrigerator, in particular, an electronic element refrigerator, specifically an automotive power electronic refrigerator, comprising a refrigerator body according to the invention.
La invención también se refiere al uso de un cuerpo refrigerador según la invención en un sistema electrónico de potencia, en particular, en un sistema electrónico de potencia para automóviles. The invention also relates to the use of a cooling body according to the invention in a power electronic system, in particular in a power electronic system for automobiles.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
Únicamente a modo de ejemplo, realizaciones preferidas de la invención se describirán de forma más completa a continuación con referencia a las figuras adjuntas, en donde: By way of example only, preferred embodiments of the invention will be described more fully below with reference to the accompanying figures, wherein:
Las figuras 1a a 1c muestran una primera realización del cuerpo refrigerador de acuerdo con la invención; Figures 1a to 1c show a first embodiment of the cooling body according to the invention;
La figura 2 muestra otra realización de piezas de un cuerpo refrigerador. Figure 2 shows another embodiment of parts of a refrigerator body.
Descripción detallada de los dibujosDetailed description of the drawings
Las figuras 1a a 1c muestran una primera realización del cuerpo refrigerador 1 de acuerdo con la invención, junto con una pieza 100 a refrigerar, por ejemplo, un elemento electrónico de potencia tal como un MOS-FET o IGBT, en particular, como parte de un circuito electrónico de un automóvil. Como se muestra en la figura 1a en una vista en 3D, el cuerpo refrigerador 1 comprende tres piezas principales, una pieza de contacto 2, un pieza intermedia 4 y una pieza de base 3. Preferiblemente, el componente electrónico 100 a refrigerar entra en contacto directamente mediante la pieza de contacto 2, por ejemplo, por un adhesivo térmico, una grasa térmica o algún otro material de interfaz con alta conductividad térmica. Figures 1a to 1c show a first embodiment of the cooling body 1 according to the invention, together with a part 100 to be cooled, for example, a power electronic element such as a MOS-FET or IGBT, in particular, as part of an electronic circuit of a car. As shown in Figure 1a in a 3D view, the cooling body 1 comprises three main parts, a contact part 2, an intermediate part 4 and a base part 3. Preferably, the electronic component 100 to be cooled comes into contact directly through the contact piece 2, for example, by a thermal adhesive, a thermal grease or some other interface material with high thermal conductivity.
El cuerpo 1 puede estar hecho de metal tal como aluminio o cobre, por lo que las tres piezas 2, 3, 4 pueden fabricarse a partir de láminas metálicas unidas entre sí mediante soldadura o soldadura fuerte. También se pueden utilizar técnicas de unión como la sinterización, por lo que se utiliza una capa de sinterización intermedia entre las láminas de metal. Pero, preferentemente, el cuerpo 1 está hecho de cerámica térmicamente conductora, pero eléctricamente aislante, tal como nitruro de aluminio u óxido de aluminio, por lo que ventajosamente no hay necesidad de una capa de aislamiento eléctrico adicional. El cuerpo 1 preferentemente es un cuerpo monolítico 1. Un cuerpo cerámico monolítico 1 se forma, por ejemplo, fabricando las tres piezas individuales 2, 3, 4 primero como piezas cerámicas "en crudo" y luego sinterizando las tres piezas 2, 3, 4 juntas en una sola etapa. Así, se pueden evitar etapas de montaje adicionales e interfaces térmicas. Alternativamente, la pieza de base 3 y la pieza de contacto 2 están fabricadas a partir de dos capas de cerámica "en crudo" en lugar de una. Esto simplificaría el proceso de formación de la cerámica no sinterizada. En este caso, preferiblemente se añaden algunas nervaduras adicionales para estabilizar la estructura. (El cuerpo 1, alternativamente, puede ser metálico y se añaden aislamientos para refrigerar los componentes electrónicos.) The body 1 can be made of metal such as aluminum or copper, so the three parts 2, 3, 4 can be made from metal sheets joined together by welding or brazing. Bonding techniques such as sintering can also be used, whereby an intermediate sintering layer is used between the metal sheets. But, preferably, the body 1 is made of thermally conductive but electrically insulating ceramic, such as aluminum nitride or aluminum oxide, so there is advantageously no need for an additional electrical insulation layer. The body 1 is preferably a monolithic body 1. A monolithic ceramic body 1 is formed, for example, by manufacturing the three individual pieces 2, 3, 4 first as "raw" ceramic pieces and then sintering the three pieces 2, 3, 4 together in a single stage. Thus, additional assembly steps and thermal interfaces can be avoided. Alternatively, the base piece 3 and the contact piece 2 are manufactured from two layers of "green" ceramic instead of one. This would simplify the formation process of non-sintered ceramics. In this case, preferably some additional ribs are added to stabilize the structure. (Body 1, alternatively, can be metallic and insulation is added to cool the electronic components.)
La pieza de contacto 2 y la pieza de base 3 están separadas por la pieza intermedia 4 entre ellas. En el ejemplo, la pieza de contacto 2 y la pieza de base 3 configuradas como placas largas, dispuestas paralelos entre sí y que se extienden en una dirección S. The contact piece 2 and the base piece 3 are separated by the intermediate piece 4 between them. In the example, the contact part 2 and the base part 3 configured as long plates, arranged parallel to each other and extending in a direction S.
La pieza intermedia 4 está realizada en el ejemplo como un bloque, más corto que las placas 2, 3 en la dirección de extensión. La pieza intermedia 4 está perforada, los orificios 5u, 5d sirviendo como tubos de refrigerante. Así, la pieza intermedia 4 comprende una multitud de tubos 5u, 5d dispuestos paralelos entre sí. Los tubos 5d, 5u se extienden desde la superficie enfrentada 2s de la pieza de contacto 2 hasta la superficie enfrentada 3s de la pieza de base 3, de este modo al menos aproximadamente perpendicular a la superficie 2s y la superficie 3s o el ángulo entre la dirección de extensión H de cada orificio 5u, 5d y la dirección de extensión S de las placas 2, 3 es un ángulo recto (90°). The intermediate piece 4 is made in the example as a block, shorter than the plates 2, 3 in the extension direction. The intermediate piece 4 is perforated, the holes 5u, 5d serving as coolant tubes. Thus, the intermediate piece 4 comprises a multitude of tubes 5u, 5d arranged parallel to each other. The tubes 5d, 5u extend from the facing surface 2s of the contact piece 2 to the facing surface 3s of the base piece 3, thus at least approximately perpendicular to the surface 2s and the surface 3s or the angle between the extension direction H of each hole 5u, 5d and the extension direction S of plates 2, 3 is a right angle (90°).
Las tres piezas 2, 3 y 4 están dispuestas en capas una encima de la otra, formando en el ejemplo una estructura de tipo sándwich. Como alternativa a la estructura de tipo sándwich que se muestra en el ejemplo, en donde las dos superficie envolventes 2s, 3s están enfrentadas entre sí, las superficies 2s, 3s están dispuestas en un ángulo, por ejemplo, ortogonal, entre sí, o están "invertidas" paralelas entre sí, formando entonces el cuerpo 1 una estructura en forma de U. En consecuencia, los tubos 5d, 5u entonces no son rectos como se muestra en la figura 1a, sino que están en ángulo o tienen forma de "U". Como una opción, la pieza de base 4 también está configurada como pieza de contacto para el contacto térmico con la pieza a refrigerar. The three pieces 2, 3 and 4 are arranged in layers one above the other, forming in the example a sandwich-type structure. As an alternative to the sandwich structure shown in the example, where the two enveloping surfaces 2s, 3s are facing each other, the surfaces 2s, 3s are arranged at an angle, for example, orthogonal, to each other, or are "inverted" parallel to each other, the body 1 then forming a U-shaped structure. Consequently, the tubes 5d, 5u are then not straight as shown in Figure 1a, but are at an angle or have a "U" shape. ". As an option, the base part 4 is also configured as a contact part for thermal contact with the part to be cooled.
Las superficies 2s, 3s frente a los tubos 5d, 5u sirven como superficies envolventes. Hay un pequeño espacio G entre la pieza intermedia 4 y la pieza de base 3, así como entre la pieza intermedia 4 y la pieza de contacto 2; o de manera más precisa, hay un espacio G entre cada extremo de los tubos 5u, 5d y cada superficie envolvente 2s, 3s The surfaces 2s, 3s in front of the tubes 5d, 5u serve as surrounding surfaces. There is a small gap G between the intermediate piece 4 and the base piece 3, as well as between the intermediate piece 4 and the contact piece 2; or more precisely, there is a space G between each end of the tubes 5u, 5d and each surrounding surface 2s, 3s
Cada espacio G está establecido por salientes 2p, 3p distribuidos en cada superficie envolvente 2s, 3s. Dicho de otra manera, hay salientes 2p, 3p en el lado interior 2s, 3s de la placa de contacto 2 y la placa de base 3 que sirven como soportes distanciadores con respecto a la pieza de tubo 4 en el centro. Los espacios G permiten que el refrigerante entre o salga en los tubos 5u, 5d entre las piezas exteriores 2, 3 y la pieza interior 4. Each space G is established by projections 2p, 3p distributed on each surrounding surface 2s, 3s. In other words, there are projections 2p, 3p on the inner side 2s, 3s of the contact plate 2 and the base plate 3 which serve as spacer supports with respect to the tube piece 4 in the center. Gaps G allow refrigerant to enter or exit in tubes 5u, 5d between outer pieces 2, 3 and inner piece 4.
De acuerdo con la invención, los salientes 2p, 3p están diseñados de tal manera que sirven como barreras en la dirección longitudinal S. Preferiblemente, están diseñados como estructuras en forma de aletas, como se muestra. According to the invention, the projections 2p, 3p are designed in such a way that they serve as barriers in the longitudinal direction S. Preferably, they are designed as fin-shaped structures, as shown.
Para ver mejor estos salientes en forma de aletas, la figura 1b muestra solo la placa de base 3s con estructuras en forma de aletas 3p en la superficie envolvente 3s. Las estructuras en forma de aletas 3p están dispuestas perpendiculares a la dirección de extensión S o el ángulo p entre la dirección de extensión P de cada aleta 3p y la dirección de extensión S es un ángulo recto o al menos aproximadamente 90°. To better see these fin-like protrusions, Figure 1b shows only the base plate 3s with fin-like structures 3p on the surrounding surface 3s. The fin-shaped structures 3p are arranged perpendicular to the extension direction S or the angle p between the extension direction P of each fin 3p and the extension direction S is a right angle or at least approximately 90°.
En el ejemplo, las aletas 3p están realizadas como aletas rectas. Alternativamente, tienen forma de onda o en zigzag. La altura de los salientes 3p define el espacio G entre la superficie envolvente 3s y los tubos de la pieza intermedia. In the example, the fins 3p are made as straight fins. Alternatively, they are wave-shaped or zigzag-shaped. The height of the projections 3p defines the space G between the surrounding surface 3s and the tubes of the intermediate piece.
Las aletas 3p están dispuestas sucesivamente y separadas (igualmente) entre sí en la superficie envolvente 3s. La distancia D entre dos salientes sucesivos 3p de una pieza 2 o 3 respectiva se adapta al diámetro de los tubos de manera que abarque dos tubos sucesivos. La pieza de contacto 2 está diseñada en consecuencia, sin embargo, con un desplazamiento de (aproximadamente) un tubo (diámetro) con respecto a la pieza de base 3, que se explica en más detalle a continuación. The fins 3p are arranged successively and (equally) spaced from each other on the surrounding surface 3s. The distance D between two successive projections 3p of a respective piece 2 or 3 is adapted to the diameter of the tubes so that it encompasses two successive tubes. The contact part 2 is designed accordingly, however, with an offset of (approximately) one tube (diameter) with respect to the base part 3, which is explained in more detail below.
De nuevo con referencia a la figura 1a, puede verse que así, dos salientes sucesivos 2p o 3p junto con la parte de la respectiva superficie envolvente 2s y 3s intermedia (y una cara de extremo de la pieza intermedia 4) forman una especie de cámara o cavidad 6, con el extremo 7 de un tubo 5d como primera abertura y el extremo 8 del siguiente tubo 5u como segunda abertura. Dicho de otra forma, la cavidad 6 conecta (el extremo 7 de) un tubo 5u con (el extremo 8 de) el tubo posterior 5d. Again with reference to Figure 1a, it can be seen that thus, two successive projections 2p or 3p together with the intermediate part of the respective surrounding surface 2s and 3s (and an end face of the intermediate piece 4) form a kind of chamber or cavity 6, with the end 7 of a tube 5d as the first opening and the end 8 of the next tube 5u as the second opening. In other words, the cavity 6 connects (the end 7 of) a tube 5u with (the end 8 of) the rear tube 5d.
De acuerdo con la invención, las superficies envolventes 2s, 3s o más particularmente las cavidades 6, conectan los tubos 5u, 5d de modo que resulten al menos dos canales de refrigerante, desde un primer tubo 5d, extendiéndose varias veces desde la pieza de contacto 2 hasta la pieza de base 3 y viceversa a través de los tubos 5u, 5d y cavidades 6 entre los tubos 5u, 5d. En la realización de ejemplo según las figuras 1a- 1c, los salientes 2p y, por lo tanto, las cavidades "superiores" 6 en la pieza de contacto 2 están al menos un tubo (diámetro) desplazadas -preferiblemente desplazadas más de un diámetro de tubo- con respecto a los salientes 3p y, por lo tanto, las cavidades "inferiores" 6 en la pieza de base 3 en la dirección de extensión S para lograr este resultado de canales direccionalmente alternos. Dicho canal alterno C se ilustra con más detalle en la figura 1c. According to the invention, the surrounding surfaces 2s, 3s or more particularly the cavities 6, connect the tubes 5u, 5d so that at least two coolant channels result, from a first tube 5d, extending several times from the contact piece. 2 to the base piece 3 and vice versa through the tubes 5u, 5d and cavities 6 between the tubes 5u, 5d. In the exemplary embodiment according to Figures 1a-1c, the projections 2p and therefore the "upper" cavities 6 in the contact piece 2 are at least one tube (diameter) offset - preferably offset by more than one diameter of tube- with respect to the projections 3p and therefore the "lower" cavities 6 in the base piece 3 in the extension direction S to achieve this result of directionally alternating channels. Said alternate channel C is illustrated in more detail in Figure 1c.
La figura 1c ilustra esquemáticamente en una vista en 3D dicho canal de refrigerante alterno C según la invención, indicado por las flechas claras dentro del cuerpo refrigerador 1 (para facilitar la ilustración, solo uno de los dos o más canales está representado explícitamente). Un refrigerante (no mostrado) ingresa al cuerpo refrigerador 1 respectivamente por un canal C en una entrada ENTRADA (en la figura del lado izquierdo) en la dirección de extensión 5 del cuerpo del refrigerador 1. El refrigerante se dirige primero a la superficie interior o envolvente 2s de la pieza de contacto 2 (indicada por las dos primeras flechas izquierdas), donde el refrigerante toma calor de la pieza de contacto 2 respectivamente de la electrónica 100. Figure 1c schematically illustrates in a 3D view said alternating coolant channel C according to the invention, indicated by the clear arrows inside the cooling body 1 (for ease of illustration, only one of the two or more channels is explicitly represented). A refrigerant (not shown) enters the refrigerator body 1 respectively through a channel C at an IN inlet (in the left side figure) in the extension direction 5 of the refrigerator body 1. The refrigerant is first directed to the inner surface or envelope 2s of the contact piece 2 (indicated by the first two left arrows), where the coolant takes heat from the contact piece 2 respectively from the electronics 100.
Entonces, debido a un primer saliente 2p de la superficie envolvente 2s de la pieza de contacto 2, el canal C se extiende la primera vez "hacia abajo" desde la pieza de contacto 2 hasta la pieza de base 3 a través de un primer tubo 5d (indicado por la primera flecha discontinua desde la izquierda). Then, due to a first projection 2p of the surrounding surface 2s of the contact part 2, the channel C first extends "downwards" from the contact part 2 to the base part 3 through a first tube 5d (indicated by the first dashed arrow from the left).
Entonces, hay una primera cavidad de pieza de base 6, formada por la superficie envolvente 3s con dos salientes sucesivos 3p de la pieza de base 3, conectando la cavidad el extremo de dicho primer tubo 5d con un extremo del tubo 5u que sigue en la dirección S. Dicho de otro modo, la salida del primer tubo 5d desemboca en la cavidad 6 y la abertura del lado de la base del segundo tubo 5u es la salida de la cavidad 6. De este modo, el canal C se desvía aproximadamente 180° o, en otras palabras, realiza un giro en U (indicado por la primera flecha doblada). Así, el refrigerante que sale del primer tubo 5d forma un flujo que incide sobre la superficie envolvente 2s y entra en el segundo tubo 5u. Then, there is a first base part cavity 6, formed by the surrounding surface 3s with two successive projections 3p of the base part 3, the cavity connecting the end of said first tube 5d with an end of the tube 5u that follows in the direction S. In other words, the outlet of the first tube 5d opens into the cavity 6 and the opening on the base side of the second tube 5u is the outlet of the cavity 6. In this way, the channel C is deflected by approximately 180 ° or, in other words, perform a U-turn (indicated by the first bent arrow). Thus, the refrigerant leaving the first tube 5d forms a flow that impinges on the surrounding surface 2s and enters the second tube 5u.
El canal C se extiende entonces hacia atrás o "hacia arriba" hasta la pieza de contacto 2 según el segundo tubo 5u ((indicado por la flecha continua hacia arriba). El tubo "hacia arriba" 5u conduce a la cavidad de la pieza de contacto 6 en la pieza de contacto 2. Aquí, el refrigerante puede volver a absorber calor de la pieza de contacto 2 o de la electrónica 100. The channel C then extends backwards or "upwards" to the contact piece 2 according to the second tube 5u (indicated by the solid upward arrow). The "upwards" tube 5u leads to the cavity of the contact piece contact 6 into contact piece 2. Here, the coolant can again absorb heat from contact piece 2 or from electronics 100.
Ahí otra vez, el canal C se redirige aproximadamente 180° debido a la cavidad 6, que conduce a un segundo tubo "hacia abajo". Dicho de otra manera, el refrigerante ahora baja por segunda vez desde la pieza de contacto 2 a la pieza de base 3 a través del siguiente tubo de la pieza intermedia 4 perforada. Como se puede ver, las estructuras en forma de aletas 2p, 3p de las piezas exteriores 2, 3 separan el refrigerante entre los orificios y obligan así al fluido a regresar al siguiente orificio. There again, channel C is redirected approximately 180° due to cavity 6, which leads to a second "downward" tube. In other words, the coolant now flows for the second time from the contact part 2 to the base part 3 through the next tube of the perforated intermediate part 4. As can be seen, the fin-like structures 2p, 3p of the outer parts 2, 3 separate the coolant between the holes and thus force the fluid to return to the next hole.
Este recorrido "hacia abajo y hacia arriba" desde la pieza de contacto 2 hasta la pieza de base 3 de los canales C se repite varias veces (en el ejemplo cinco veces). Por consiguiente, la estructura del cuerpo de refrigerante 1 como se sugiere proporciona de una manera simple y compacta canales C o flujo de refrigerante que alterna múltiples veces entre la pieza de contacto 2 y la pieza de base 3 entre la entrada ENTRADA y la salida SALIDA del cuerpo de refrigerador 1. El diseño permite un flujo de refrigerante de impacto o choque sobre la pieza de contacto 2 (y la pieza de base 3) y un área de contacto relativamente grande entre el refrigerante y la pieza de contacto 2, respectivamente la superficie 2s/3s para transferencia de calor. This "down and up" path from the contact part 2 to the base part 3 of the channels C is repeated several times (in the example five times). Accordingly, the structure of the coolant body 1 as suggested provides in a simple and compact manner channels C or refrigerant flow alternating multiple times between the contact piece 2 and the base piece 3 between the inlet IN and the outlet OUT. of the refrigerator body 1. The design allows for impact or shock coolant flow over the contact piece 2 (and the base piece 3) and a relatively large contact area between the coolant and the contact piece 2, respectively the 2s/3s surface for heat transfer.
La figura 2 muestra otra realización de acuerdo con la invención. Se muestra, a vista de pájaro, la pieza de base 2 y una sección transversal de la pieza intermedia 4. Figure 2 shows another embodiment according to the invention. Shown, from a bird's eye view, is the base piece 2 and a cross section of the intermediate piece 4.
En esta realización, varios canales paralelos C1, C2,...Cn con dirección alterna entre la pieza de contacto 2 y la pieza de base 3 como se describe anteriormente están presentes, proporcionados por las filas 5d1, 5u1, 5d2, 5u2, ... 5dN de orificios en la pieza intermedia 4. Las filas de tubos 5d1, 5u1, 5d2, 5u2, ... 5uN están separadas en la dirección de extensión (o dirección general del flujo de refrigerante F) por salientes laterales de la base 2p, extendiéndose a lo largo de todo el ancho de la pieza intermedia 4 en dirección P ortogonal a la dirección S (de la misma manera, pero la separación desplazada de un tubo se efectúa mediante dichos salientes laterales de la base, no mostrado en la figura 2). In this embodiment, several parallel channels C1, C2,...Cn with alternating direction between the contact piece 2 and the base piece 3 as described above are present, provided by the rows 5d1, 5u1, 5d2, 5u2, . .. 5dN of holes in the intermediate piece 4. The tube rows 5d1, 5u1, 5d2, 5u2, ... 5uN are separated in the extension direction (or general direction of coolant flow F) by side projections of the base 2p, extending along the entire width of the intermediate piece 4 in the P direction orthogonal to the S direction (in the same way, but the displaced separation of a tube is carried out by said lateral projections of the base, not shown in the figure 2).
Preferentemente, la diferencia entre el número total de canales Cdtotal (IC n @ 5dn) en una fila de tubos determinada, digamos 5dn y el número total de canales en la misma fila de tubos Ctotal (ICn@5un+i) es uno. La diferencia entre el número total de canales Ctotal (ICn @ 5dn) en una fila de tubos determinada, digamos 5dn y el número total de canales de la fila de tubos vecina Ctotal (ICn@5un) también lo es. Sin embargo, la invención también funciona con igual número de canales. Preferably, the difference between the total number of channels Cdtotal (IC n @ 5dn) in a given tube row, say 5dn and the total number of channels in the same tube row Ctotal (ICn@5un+i) is one. The difference between the total number of channels Ctotal (ICn@5dn) in a given tube row, say 5dn, and the total number of channels in the neighboring tube row Ctotal (ICn@5un) is also. However, the invention also works with the same number of channels.
Mediante los salientes 2p, cavidades 6a, 6b ... 6n que conectan filas de tubos posteriores 5u1, 5d2 para la redirección de cada canal C1...Cn de "arriba" a "abajo". El flujo de refrigerante que incide sobre la superficie envolvente 2s se gira cada vez y para cada canal C1...Cn. Through the projections 2p, cavities 6a, 6b... 6n that connect rows of subsequent tubes 5u1, 5d2 for the redirection of each channel C1...Cn from "up" to "down". The coolant flow incident on the enveloping surface 2s is rotated each time and for each channel C1...Cn.
En la realización de ejemplo, los orificios están desplazados en la dirección S. Dicho de otra manera, solo cada segunda fila de tubos 5d1...5dN está situada igualmente en la dirección S. El refrigerante que fluye, por ejemplo, a la cámara 6a por un tubo de la fila 5u1, se distribuye en los dos tubos siguientes más cercanos de la siguiente fila 5d2 (indicados en la figura mediante las flechas continuas Fc). Esto se efectúa igualmente en el lado de la base (indicado en la figura por las flechas discontinuas Fb), es decir, ese mismo efecto se observa en el lado de la base. In the exemplary embodiment, the holes are offset in the S direction. In other words, only every second row of tubes 5d1...5dN is also located in the S direction. The coolant flowing, for example, into the chamber 6a by a tube in row 5u1, is distributed to the next two closest tubes in the next row 5d2 (indicated in the figure by the solid arrows Fc). This is also carried out on the base side (indicated in the figure by the dashed arrows Fb), that is, the same effect is observed on the base side.
Así, una tubería de, por ejemplo, la fila 5u1 no forma parte de un solo canal (por ejemplo, C1), sino de dos canales (C1 y C2). Debido a la disposición desplazada de las filas de tubos 5d1...5uN, cada canal C1...Cn está asignado a más de un tubo de cada fila 5d1...5uN. Por lo tanto, el flujo F de un líquido refrigerante no solo alterna "arriba" y "abajo" como se describe con respecto a las figuras 1a-1c, sino que además alterna (de forma mucho más limitada) en dirección "izquierda" y "derecha". Esta disposición de tubo o canal permite un flujo F de baja turbulencia que permite una alta transferencia de calor con una baja caída de presión que mejora la absorción de calor o la liberación del refrigerante. Thus, a pipe of, for example, row 5u1 is not part of a single channel (for example, C1), but of two channels (C1 and C2). Due to the offset arrangement of the 5d1...5uN tube rows, each channel C1...Cn is assigned to more than one tube of each 5d1...5uN row. Therefore, the flow F of a coolant liquid not only alternates "up" and "down" as described with respect to Figures 1a-1c, but also alternates (in a much more limited way) in the "left" and "left" direction. "right". This tube or channel arrangement allows for a low turbulence flow F which allows for high heat transfer with a low pressure drop which improves heat absorption or coolant release.
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